Використати атмосферу планети як «гальмо», щоб вивести апарат на орбіту без великих витрат пального, — така технологія, відома як аерозахоплення, давно приваблює інженерів. Але реалізувати її на практиці надзвичайно складно: потрібно одночасно контролювати теплові навантаження, аеродинаміку та орбітальну механіку. Новий контракт NASA з каліфорнійським стартапом Inversion Space наближає цю ідею до реальних випробувань.
Про плани агентства та компанії розповідає видання Universe Today, яке описує, як апарат Arc може стати платформою для перших демонстрацій аерозахоплення на орбіті Землі.
Стартап для швидкої доставки з орбіти
Inversion заснували колишні інженери SpaceX та ABL Space. Початковою метою компанії було створення орбітальних апаратів для повернення вантажів — від вакцин і біологічних зразків до військового обладнання — у віддалені райони Землі значно швидше, ніж це можливо традиційними транспортними засобами.
Поточний проєкт компанії — космічний апарат Arc. Він має запускатися сучасними ракетами-носіями на низьку навколоземну орбіту, а потім забезпечувати швидкі перельоти між майже будь-якими двома точками планети з подальшим точним поверненням вантажу.
Як працює Arc: три рівні керування
Arc отримав три окремі системи керування польотом. Спочатку апарат використовує традиційні хімічні двигуни для маневрів на орбіті. Коли він наближається до потрібної траєкторії, в роботу вступає система холодного газу з меншими двигунами для точного орієнтування.
Найскладніша частина починається під час входу в атмосферу. Тут керування переходить до спеціальних аеродинамічних поверхонь — кермових площин, розрахованих витримувати екстремальні теплові та механічні навантаження при високошвидкісному вході. Саме вони мають «провести» апарат до заданої точки посадки.
Система не задумувалася як багаторазова. За словами генерального директора Inversion Джастіна Фіашетті (Justin Fiaschetti), Arc використовує класичні теплозахисні екрани та парашути для гальмування і не призначений для повної рекондиції після польоту. Ключовий параметр, який компанія прагне продемонструвати, — це ефективне теплове керування: чим вищі теплові навантаження здатен витримати апарат, тим ширшим стає спектр місій і клієнтів.
Від повернення вантажів до аерозахоплення
Ті самі технології, що дозволяють Arc безпечно входити в атмосферу і точно керувати траєкторією, є критично важливими і для аерозахоплення. У цьому режимі апарат не сідає, а занурюється в атмосферу на розраховану глибину, гальмує за рахунок опору повітря і виходить уже на зв’язану орбіту навколо планети.
Фізика процесу — баланс між тепловим навантаженням, аеродинамікою та керованістю — залишається тією самою, що й при поверненні вантажу на Землю. Тому Arc, здатний маневрувати в екстремальних умовах, виглядає привабливою платформою для відпрацювання аерозахоплення.
Компанія вже опублікувала відео з демонстрацією концепції Arc на своєму каналі, а також просуває ідею використання апарата як тестового стенду для нових методів теплозахисту.
Що саме профінансує NASA
За контрактом NASA Inversion має не одразу летіти до Марса чи іншої планети. Перший етап — відпрацювати аерозахоплення в атмосфері Землі. У межах угоди компанія вивчатиме та демонструватиме «проєкт місії, аеродинаміку, аналіз траєкторії та визначення параметрів апарата».
Фіашетті наголошує, що Inversion не хоче перетворювати цей контракт на типовий десятирічний цикл розробки, характерний для багатьох ранніх проєктів NASA. В інтерв’ю Universe Today він заявив про намір якнайшвидше вивести демонстраційний апарат на орбіту, хоча конкретні терміни поки що не визначені, а NASA ще не взяло на себе зобов’язань щодо запуску.
Водночас у компанії вже є досвід швидкої реалізації проєктів: свій перший прототип космічного апарата під назвою Ray Inversion запустила приблизно через чотири роки після заснування.
Де аерозахоплення справді потрібне
Основні переваги аерозахоплення проявляються не на Землі. Тут ми можемо виводити апарати на потрібні орбіти за допомогою ракет і традиційних маневрів гальмування. На Місяці технологія теж марна — там практично немає атмосфери, яка могла б сповільнити політ.
Натомість для місій до Марса, Венери чи Титана аерозахоплення може стати справжнім проривом. Воно дозволяє різко скоротити запаси пального, необхідні для виходу на орбіту навколо цих тіл, а отже — або зменшити масу апарата, або збільшити корисне навантаження.
За оцінками, до появи повністю керованих систем аерозахоплення навколо інших світів можуть минути десятиліття. Але будь-яка така технологія має починатися з перших демонстрацій. У випадку Inversion і Arc цей шлях починається з контракту на відпрацювання ключових елементів на орбіті Землі.